JP4657536B2 - Semiconductor laser drive device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、いわゆる透過型のレーザセンサでは、互いに対向する投光素子及び受光素子を備えて、投光素子から出射され受光素子に至るレーザ光の光路途中に存在する物体の遮光状態により変化する受光素子での受光量変化に基づいて当該物体の存在の検出や位置及び寸法等の測定を行うよう構成されている。こうした光電センサにおいて安定した検出等を行うには、投光素子からのレーザ光出力を一定に保つ必要がある。そのために、従来からAPC(Automatic Power Control)制御によって投光素子を駆動制御することでレーザ光出力を一定に保つ構成が採られている。
【0003】
具体的な構成及び動作について図2及び図3を参照しつつ説明する。図3において符号1は、例えばハイレベルが5[v]、ローレベルが0[v]のパルス信号を出力するパルス信号源である。また、符号2は、レーザダイオード3とフォトダイオード4とが同一チップに実装され、かつ、それらのプラス端子側が共通接続された一体型素子(以下、「マイナス単一電源タイプ素子2」という)であり、そのプラス端子がパルス信号源1に連なる電源ラインに接続されている。このうちレーザダイオード3は、カソード側がNPN型トランジスタ(以下、「トランジスタ5」という)及び抵抗6を介してグランドラインに接続されている。一方、フォトダイオード4はアノード側が抵抗7を介してグランドラインに接続されており、フォトダイオード4での受光量に応じた電流が抵抗7に流れ、その抵抗7の負荷電圧は検出回路8により検出される。駆動制御回路9は、検出回路8と、パルス信号源1及びマイナス単一電源タイプ素子2のプラス端子間の電源ラインとにそれぞれ接続され、検出回路8における検出レベルVaと、電源ラインにおける電位レベルVbとを所定のタイミングで随時読み込む。そして、図2に示すように、検出レベルVaと電位レベルVbとのレベル差に応じた駆動信号Sを出力する。次いで、レーザ駆動回路10では駆動制御回路9からの駆動信号Sレベルに応じた電気信号Lをトランジスタ5のベースに与える。
【0004】
ここで、例えばレーザダイオード3の点灯時のレーザ光出力レベルが所定値以下になったとき(図2で3つ目のパルス波が出力されたとき)には、フォトダイオード4での受光量レベルも低下し検出回路8における検出レベルVaが低下する。これに対して電源ラインにおける電位レベルVbは正常時と同じ5[v]に立ち上がるので、検出レベルVaと電位レベルVbとの差が大きくなる。そうすると、トランジスタ5には初期状態より高いレベルの電気信号Lが与えられてレーザダイオード3への供給電流量を増大させ、もってレーザ光出力レベルを高めるよう動作する。逆に、レーザダイオード3のレーザ光出力レベルが所定値以上になったとき(同図で4つ目のパルス波が出力されたとき)は、電位レベルVbは5[v]のままであるのに対して、検出レベルVaが正常時より高くなりそれらのレベル差が小さくなり、これに応じて低いレベルの駆動信号Sがトランジスタ5に与えられレーザダイオード3への供給電流量を低下させてレーザ光出力レベルを下げるよう動作する。これにより、そのレーザダイオード3のレーザ光出力を所定値に保つよう制御することができるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年は、上記マイナス単一電源タイプ素子2ではなく、レーザダイオード3とフォトダイオード4のマイナス端子側が共通接続された一体型素子(以下、「プラス単一電源タイプ素子11」という)が使用されることも多い。このプラス単一電源タイプ素子11では、上記の回路構成(図3)を採用することはできず、図4に示すような回路構成を採用することになる。なお、各回路要素は図3に示す構成と同じである。
【0006】
このように構成すれば、図3に示す構成と同様に、レーザダイオード3のレーザ光出力のレベル変動に対し、それに応じてトランジスタ5のベースに与えられる電気信号Lレベルも変更されてレーザダイオード3への供給電流量が調整され、もってレーザダイオード3のレーザ光出力を一定に保つ制御が可能になるはずである。
【0007】
ところが、実際の回路では、図2に示すように、略方形波形のパルス信号に対して、駆動制御回路9からの駆動信号Sは立上がり部及び立下り部がなだらかに傾斜した波形となって現れる。これにより次のような現象が生じる。即ち、パルス信号源1からのパルス信号はハイレベルからローレベルに急速に下がる。それに同期してトランジスタ5のコレクタ側の電位もグランドレベル側に急速に低下してレーザダイオード3の駆動が停止され検出回路8での検出レベルVaは0[v]になる。その際、トランジスタ5のベースには所定レベルの電気信号Lがまだ与えられており、トランジスタ5のベース及びコレクタを介して駆動制御回路9の入力側に所定の電流が流れ込み駆動制御回路9の入力側に微小の電位が生じるのである。
【0008】
そうすると、駆動制御回路9からは、検出レベル0[v]と電位レベルとの微小レベル差に応じた駆動信号Sが出力されてしまい、再びトランジスタ5のベース及びコレクタを介して駆動制御回路9の入力側に電流が流れ込み、更に駆動制御回路9の入力側における電位レベルVbが向上する。このような現象はパルス信号が次にローレベルからハイレベルに立ち上がるときまで繰り返され、駆動信号Sレベル及び電気信号Lレベルを向上させていく。この状態でパルス信号がハイレベルに立ち上がると、レーザダイオード3にいきなり大電流が流れて高いレーザ光出力で発光することになる。こうなると、APC制御によりレーザ光出力が一定になるまでに時間がかかるなど安定した駆動制御が行えないといった問題が生じる。
【0009】
なお、上記問題を解決するために、図4の回路において、NPN型トランジスタ5の代わりにPNP型トランジスタを使用することも考えられる。この構成であれば、パルス信号が立ち下がった際にベースに電気信号Lが与えられても、駆動制御回路9の入力側に電流が流れることはなくなる。ところが、実際の回路では、図2に示すようにパルス信号源1からのパルス信号も立下り部分が若干傾斜した波形となり信号レベルが不安定になる。そうすると、そのトランジスタのエミッタからベースに電流が流れ、やはり安定なく駆動制御が行えないといった問題が生じる。
【0010】
なお、上述したマイナス単一電源タイプ素子2を用いたものでは、トランジスタ5のコレクタ及び駆動制御回路9の入力側との間にレーザダイオード2が接続されているから、トランジスタ5のベース及びコレクタを介して駆動制御回路9の入力側に向う電流が阻止されることになる。従って、実際の回路においても駆動信号Sの遅れによる誤制御が結果的に回避されていた。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、安定した駆動制御を行うことが可能な、いわゆるプラス単一電源タイプ素子を使用した半導体レーザ駆動装置を提供するところにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体レーザ駆動装置は、パルス信号源とグランドレベルとの間に配されて、パルス信号源からのパルス信号に基づいて駆動される半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子と同一パッケージ内に内包され、かつアノード側が、半導体レーザ素子のカソード側と共通接続されると共に、半導体レーザ素子からの光を受けてその受光量に応じた受光信号を出力するモニタ用受光素子と、パルス信号源及び半導体レーザ素子間に接続され、半導体レーザ素子に供給される電流量を調整する電流制御素子と、パルス信号源及び電流制御素子間の接続ラインにおける電位レベルと、モニタ用受光素子からの受光信号レベルとに応じた駆動信号を電流制御素子の制御端子に与えて半導体レーザ素子への供給電流が所定値になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流を阻止する半導体素子とを備えているところに特徴を有する。
【0013】
【発明の作用及び効果】
従来説明の項でも説明したとおりに、実際の回路ではパルス信号源からのパルス信号が立ち下がった際に、遅れてフィードバック制御手段からの駆動信号が立ち下がる。これにより、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流が発生する。ところが、本発明に係る半導体レーザ駆動装置には、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流を阻止する半導体素子が備えられている。従って、電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に電流が流れ込むことはなく、フィードバック制御手段の入力側の電位レベルは常にパルス信号レベルにほぼ同期して変化することになる。これにより、半導体レーザ素子及びモニタ用受光素子が同一パッケージ内に内包され、かつ半導体レーザ素子のカソード側及びモニタ用受光素子のアノード側が共通接続された、いわゆるプラス単一電源タイプ素子を使用した半導体レーザ駆動装置において、安定した駆動制御を行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図1及び図2によって説明する。
例えば透過型のレーザセンサでは、互いに対向する投光素子及び受光素子を備えて、投光素子から出射され受光素子に至るレーザ光の光路途中に存在する物体の遮光状態により変化する受光素子での受光量変化に基づいて当該物体の存在の検出や位置及び寸法等の測定を行うよう構成されている。本実施形態に係る半導体レーザ駆動装置20は、こうした光電センサにおいて安定した検出等を行うために、投光素子からのレーザ光出力を所定値に保つためのものである。
【0015】
まず、半導体レーザ駆動装置20の回路構成について説明する。図1において符号21は、半導体レーザ駆動装置20の電源供給ラインL1の入力端子であり、この入力端子21にパルス信号源50が接続される。また、電源供給ラインL1及びグランドライン間には、パルス信号源50からのパルス信号により生じるサージ電圧を吸収するためにツェナーダイオード及びコンデンサとからなる並列回路22が接続されている。さらにそのパルス信号により駆動される発光ダイオード23が接続され動作表示灯として機能する。次いで、符号24は、レーザダイオード25(本発明の「半導体レーザ素子」に相当する)とフォトダイオード26(本発明の「モニタ用受光素子」に相当する)とが同一チップに実装され、かつ、マイナス端子側が共通接続された一体型素子(以下、「プラス単一電源タイプ素子24」という)であり、そのマイナス端子がグランドラインに接続されている。このうちレーザダイオード25は、そのアノード側が後述するトランジスタ29及びダイオード30等を介して前記電源供給ラインL1に接続されている。
【0016】
一方、フォトダイオード26は、そのカソード側が検出回路27の入力側に接続され、検出回路27はフォトダイオード26での受光量に応じたレベルの検出信号をコンパレータ28(本発明の「フィードバック制御手段」に相当する)のマイナス端子側に与える。そして、コンパレータ28のマイナス端子側は前記入力端子21に連なる電源供給ラインL1に接続されており、コンパレータ28は検出回路27から与えられる検出信号レベルVaと、パルス信号源50からのパルス信号レベルに応じて変化するコンデンサ31の電位レベルVbとを比較して、それらのレベル差に応じた駆動信号SをNPN型トランジスタ(以下「トランジスタ29」という。本発明の「電流制御素子」に相当する。)のベースに与えれる。これにより駆動信号Sレベルに応じた供給電流がレーザダイオード25に流れて、このレーザダイオード25がパルス点灯されることになる。
【0017】
さて、本発明の「半導体素子」に相当するダイオード30は、そのアノード側がコンパレータ28のプラス端子側に、カソード側がトランジスタ29のコレクタ側にそれぞれ接続されている。
【0018】
次に本発明に係る半導体レーザ駆動装置20に作用効果について説明する。
まず、上記回路構成が理想的なものであるとした場合について説明する。まず、パルス信号源50からパルス信号がローレベルからハイレベルに立ち上がると、コンパレータ28においてプラス端子側のコンデンサ31の電位レベルVbが徐々に上がっていく一方で、マイナス端子側の検出信号レベルVaは0[v]のままなので、その差に応じた駆動信号Sがトランジスタ29のベースに与えられてレーザダイオード25を発光し始める。すると、フォトダイオード26は、レーザダイオード25からのレーザ光を受けて、その受光量レベルに応じたレベルの検出信号がコンパレータ28のマイナス端子側に与えられる。そして、プラス端子側の電位レベルVbとの差に応じた駆動信号Sが与えられて、レーザダイオード25は所定値のレーザ光出力で発光することになる。
【0019】
次いで、パルス信号源50からパルス信号がハイレベルからローレベルに立ち下がると、トランジスタ29のコレクタ側の電位がグランドレベルに急速に低下し、レーザダイオード25に供給電流が流れなくなりその発光を停止させる。これに伴ってフォトダイオード26での受光量レベルもゼロとなる。従って、コンパレータ28のプラス端子側の電位レベルVbも、マイナス端子側に与えられる検出信号レベルVaも共に0[v]になり、コンパレータ28から駆動信号Sが出力されなくなる。このように理想的な回路であれば、パルス信号源50のパルス信号波形と同様に、コンパレータ28から出力される駆動信号Sも略方形状の波形を形成することになり、これに同期してレーザダイオード25がパルス点灯されることになる。
【0020】
ここで、例えばレーザダイオード25が劣化して点灯時のレーザ光出力レベルが低下したとき(図2で、3つ目のパルス波が出力されたとき)には、フォトダイオード26での受光量レベルも低下し検出回路27における検出レベルVaが低下する。これに対して電源供給ラインL1における電位レベルVbは当初のレベルまで立ち上がっているから、検出レベルVaと電位レベルVbとのレベル差が大きくなる。そうすると、トランジスタ29には当初よりレベルの高い電気信号Lが与えられてレーザダイオード25への供給電流量を増大させ、もってレーザ光出力レベルを高めるよう動作する。逆に、レーザダイオード25のレーザ光出力レベルが向上したときは、当初レベルのままの電位レベルVbに対して、検出レベルVaが当初より高くなりそれらのレベル差が小さくなり、これに応じて低い駆動信号Sレベルがトランジスタ29に与えられレーザダイオード25への供給電流量を低下させてレーザ光出力レベルを下げるよう動作する。これにより、そのレーザダイオード25のレーザ光出力を一定に保つことができるのである。
【0021】
さて、従来説明の項でも説明したとおりに、実際の回路では、図2に示すように、パルス信号よりも駆動信号Sの方が、立下り部分の傾斜の方が緩やかな波形となって現れる。これにより、トランジスタ29のベース及びコレクタを介してコンパレータ28のプラス端子側に電流が流れ込み、コンデンサ31の電位レベルVbを向上させてコンパレータ28が誤動作を行う原因になる。しかしながら、本実施形態では、トランジスタ29のコレクタ側からコンパレータ28のプラス端子側に流れ込む電流を阻止するために、それらの間にダイオード30を接続して構成されている。従って、上述した理想的な回路構成の場合と同様に、パルス信号が立ち下がった際に、コンパレータ28のプラス端子側のコンデンサ31に電流が流れ込むことはなく、コンデンサ31の電位レベルVbは常にパルス信号レベルにほぼ同期して変化することになる。これにより、プラス単一電源タイプ素子24を使用した半導体レーザ駆動装置20において安定した駆動制御を行うことができる。また、半導体レーザ素子に大電流がいきなり流れるといった状態を回避することができ、これに伴う半導体レーザ素子及びモニタ用受光素子の劣化促進を抑制することが可能になる。
【0022】
<他の実施形態>
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記実施形態では、半導体素子としてダイオード30を使用したが、これに限らず、トランジスタ29からコンパレータ28のプラス端子側に流れる電流を阻止することができるものであれば、例えばトランジスタ等であってもよい。
【0023】
(2)上記実施形態では、レーザダイオード25及びフォトダイオード26が同一チップに実装されたプラス単一電源タイプ素子24を例に挙げて説明したが、グランドラインが共通接続された物であれば、レーザダイオードとフォトダイオードとが別々チップにそれぞれ実装されているものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の回路構成図
【図2】パルス信号、電位レベル、検出レベル及び駆動信号のタイミングチャート図
【図3】光電センサの半導体レーザ駆動装置の回路構成図
【図4】プラス単一電源タイプ素子を用いた半導体レーザ駆動装置の回路構成図
【符号の説明】
20…半導体レーザ駆動装置
24…プラス単一電源タイプ素子
25…レーザダイオード
26…フォトダイオード
28…コンパレータ
29…トランジスタ
30…ダイオード
50…パルス信号源
L1…電源供給ライン
S…駆動信号
Va…検出信号レベル
Vb…電位レベル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser driving device.
[0002]
[Prior art]
For example, a so-called transmissive laser sensor includes a light projecting element and a light receiving element facing each other, and the light receiving element changes depending on the light shielding state of an object existing in the optical path of the laser light emitted from the light projecting element to the light receiving element. The detection of the presence of the object and the measurement of the position and dimensions are performed based on the change in the amount of received light. In order to perform stable detection or the like in such a photoelectric sensor, it is necessary to keep the laser light output from the light projecting element constant. For this purpose, conventionally, a configuration has been adopted in which the laser light output is kept constant by driving and controlling the light projecting element by APC (Automatic Power Control) control.
[0003]
A specific configuration and operation will be described with reference to FIGS. In FIG. 3,
[0004]
Here, for example, when the laser light output level when the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, instead of the minus single power
[0006]
With this configuration, as with the configuration shown in FIG. 3, the level of the electric signal L applied to the base of the
[0007]
However, in the actual circuit, as shown in FIG. 2, the drive signal S from the drive control circuit 9 appears as a waveform in which the rising and falling portions are gently inclined with respect to the pulse signal having a substantially square waveform. . As a result, the following phenomenon occurs. That is, the pulse signal from the
[0008]
Then, the drive control circuit 9 outputs a drive signal S corresponding to a minute level difference between the detection level 0 [v] and the potential level, and the drive control circuit 9 again passes through the base and collector of the
[0009]
In order to solve the above problem, it is conceivable to use a PNP transistor instead of the
[0010]
In the case of using the negative single power
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor laser driving device using a so-called plus single power supply type element capable of performing stable driving control.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor laser driving apparatus according to the present invention includes a semiconductor laser element disposed between a pulse signal source and a ground level and driven based on a pulse signal from the pulse signal source, and a semiconductor Light reception for monitoring, which is contained in the same package as the laser element, and whose anode side is commonly connected to the cathode side of the semiconductor laser element and receives light from the semiconductor laser element and outputs a light reception signal corresponding to the amount of light received An element, a current control element connected between the pulse signal source and the semiconductor laser element, for adjusting an amount of current supplied to the semiconductor laser element, a potential level in a connection line between the pulse signal source and the current control element, and for monitoring A drive signal corresponding to the level of the light receiving signal from the light receiving element is applied to the control terminal of the current control element, and the supply current to the semiconductor laser element is determined. Characterized in place includes a feedback control means for feedback control so that a value, and a semiconductor device which prevents a current flowing from the current control element on the input side of the feedback control means.
[0013]
[Action and effect of the invention]
As described in the section of the conventional explanation, in the actual circuit, when the pulse signal from the pulse signal source falls, the drive signal from the feedback control means falls with a delay. This generates a current that flows from the current control element to the input side of the feedback control means. However, the semiconductor laser driving device according to the present invention includes a semiconductor element that blocks current flowing from the current control element to the input side of the feedback control means. Therefore, no current flows from the current control element to the input side of the feedback control means, and the potential level on the input side of the feedback control means always changes almost in synchronization with the pulse signal level. As a result, a semiconductor using a so-called positive single power supply type element in which the semiconductor laser element and the light receiving element for monitoring are contained in the same package, and the cathode side of the semiconductor laser element and the anode side of the light receiving element for monitoring are commonly connected. In the laser drive device, stable drive control can be performed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
For example, a transmissive laser sensor includes a light projecting element and a light receiving element facing each other, and the light receiving element changes depending on the light shielding state of an object existing in the optical path of the laser light emitted from the light projecting element and reaching the light receiving element. Based on the change in the amount of received light, the presence of the object is detected and the position and dimensions are measured. The semiconductor
[0015]
First, the circuit configuration of the semiconductor
[0016]
On the other hand, the cathode side of the
[0017]
The
[0018]
Next, effects of the semiconductor
First, a case where the circuit configuration is ideal will be described. First, when the pulse signal from the
[0019]
Next, when the pulse signal from the
[0020]
Here, for example, when the
[0021]
As described in the section of the conventional description, in an actual circuit, as shown in FIG. 2, the drive signal S appears to have a gentler waveform at the falling portion than the pulse signal. . As a result, current flows to the positive terminal side of the
[0022]
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1) In the above embodiment, the
[0023]
(2) In the above embodiment, the plus single power supply type element 24 in which the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a semiconductor laser driving device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a timing chart of a pulse signal, a potential level, a detection level, and a driving signal. Fig. 4 is a circuit configuration diagram of a semiconductor laser driving apparatus using a plus single power supply type element.
DESCRIPTION OF
S ... Drive signal
Va: Detection signal level
Vb: Potential level
Claims (1)
前記半導体レーザ素子と同一パッケージ内に内包され、かつアノード側が、前記半導体レーザ素子のカソード側と共通接続されると共に、前記半導体レーザ素子からの光を受けてその受光量に応じた受光信号を出力するモニタ用受光素子と、
前記パルス信号源及び前記半導体レーザ素子間に接続され、前記半導体レーザ素子に供給される電流量を調整する電流制御素子と、
前記パルス信号源及び前記電流制御素子間の接続ラインにおける電位レベルと、前記モニタ用受光素子からの受光信号レベルとに応じた駆動信号を前記電流制御素子の制御端子に与えて前記半導体レーザ素子への供給電流が所定値になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記電流制御素子からフィードバック制御手段の入力側に流れる電流を阻止する半導体素子とを備えていることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。A semiconductor laser element disposed between a pulse signal source and a ground level and driven based on a pulse signal from the pulse signal source;
Enclosed in the same package as the semiconductor laser element, and the anode side is commonly connected to the cathode side of the semiconductor laser element, and receives a light from the semiconductor laser element and outputs a received light signal according to the received light amount. A light receiving element for monitoring,
A current control element that is connected between the pulse signal source and the semiconductor laser element and adjusts an amount of current supplied to the semiconductor laser element;
A drive signal corresponding to a potential level in a connection line between the pulse signal source and the current control element and a light reception signal level from the monitor light receiving element is supplied to a control terminal of the current control element to the semiconductor laser element. Feedback control means for performing feedback control so that the supply current of becomes a predetermined value;
A semiconductor laser driving apparatus comprising: a semiconductor element that blocks current flowing from the current control element to an input side of the feedback control means.
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